IceCubeニュートリノ望遠鏡による極限宇宙物理の新たな展開

• 研究課題/領域番号: 22340048
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 吉田 滋 千葉大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (00272518)
• 連携研究者: 間瀬 圭一 千葉大学, 大学院・理学研究科, 助教 (80400810)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2012年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2011年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2010年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 宇宙線 / 南極 / ニュートリノ / 宇宙物理

研究概要

IceCube実験によって、超高エネルギーニュートリノ2事象を観測することに成功した。衝突反応によって放射したエネルギーはそれぞれ1.0±0.15and1.1±0.17PeVであり、観測史上最高のエネルギーを持つニュートリノである。この2事象は検出器アレイ内でニュートリノが弱荷電相互作用(この場合は電子ニュートリノ)または弱中性相互作用(この名合いは全てのニュートリノフレーバーに可能性がある)によって生成された粒子シャワー現象として矛盾が無い。これらのニュートリノは、IceCube実験の2010-2012年の615.9日間の観測データによる超高エネルギー宇宙ニュートリノ探索によって発見された。この探索における大気雑音事象の期待数は0.082±0.004(stat)+0.041-0.057(sys)であり、2事象がこの雑音で説明できる確率は系統的不定性を考慮して2.8×10^<-3>(2.8σ)である。この結果はPeVという高エネルギー領域で宇宙ニュートリノが存在することを示唆する初めての観測的証拠である。100PeV以上のエネルギー領域で得られたニュートリノ流量の上限値から、超高エネルギー宇宙線の赤方偏移空間における分布に制限が加えられた。この制限は、幾つかの超高エネルギー宇宙線放射天体候補が分布するパラメータースペースに達しており、ニュートリノ観測から初めて宇宙線放射天体に意味のある制限を加えた結果である。以前の結果と比べて大幅に向上した本結果は、検出器埋設容量が増えたことと、データの振る舞いを予測するシミュレーションの精度が向上したことによるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Constraints on the origin of theultrahigh energy cosmic rays using cosmicdiffuse neutrino flux limits: An analytical approach (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Yoshida and Aya Ishihara
  • 雑誌名: Phys. Rev.D 巻: 85 ページ: 63002-63002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and initial performance of theAskaryan Radio Array prototype EeVneutrino detector at the South Pole (2012)
  • 著者名/発表者名: P. Allison S. Yoshida, et.al.
  • 雑誌名: (ARA Collaboration)Astropart. Phys 巻: 35 ページ: 457-477
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Absence of Neutrinos Associatedwith Cosmic-Ray Acceleration in Gamma-RayBursts (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A.Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration)Nature 巻: 484 ページ: 351-354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on the origin of the ultra-high energy cosmic-rays using cosmic diffuse neutrino flux limits : An analytical approach (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida, A.Ishihara
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 6 ページ: 63002-63002
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.063002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for ultrahigh-energy tau neutrinos with IceCube (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration)
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 86 号: 2 ページ: 22005-22005
  • DOI: 10.1103/physrevd.86.022005
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Absence of Neutrinos Associated with Cosmic-Ray Acceleration in Gamma-Ray Bursts (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Abbasi, et al(IceCube Collaboration)
  • 雑誌名: Nature 巻: 484 号: 7394 ページ: 351-354
  • DOI: 10.1038/nature11068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on the extremely-highenergy cosmic neutrino flux with theIceCube 2008-2009 data (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) Phys. Rev. D 巻: 83 ページ: 92003-92003
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Search for a diffuse flux ofastrophysical muon neutrinos with theIceCube 40-string detector (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) Phys. Rev. D 巻: 84 ページ: 82001-82001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Limits on neutrino emission fromgamma-ray bursts with the 40 stringIceCube detector (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) Phys. Rev. Lett. 巻: 106 ページ: 141101-141101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the atmosphericneutrino energy spectrum from 100 GeV to400 TeV with IceCube (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) Phys. Rev. D 巻: 83 ページ: 12001-12001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on the extremely-high energy cosmic neutrino flux with the IceCube 2008-2009 Data (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Abbasi, et al(IceCube Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 83 号: 9 ページ: 92003-92003
  • DOI: 10.1103/physrevd.83.092003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for a diffuse flux of astrophysical muon neutrinos with the IceCube 40-string detector (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration)
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 84 号: 8 ページ: 82001-82001
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.082001
  • 査読あり
• [雑誌論文] First search for atmospheric and extraterrestrial neutrino-induced cascades with the IceCube detector (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration)
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 84 号: 7 ページ: 72001-72001
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.072001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the atmospheric neutrino energy spectrum from 100 GeV to 400 TeV with IceCube. (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Abbasi, et al
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 83 ページ: 12001-12001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on neutrino-nucleoninteractions at energies of 1 EeV with theIceCube Neutrino Observatory (2010)
  • 著者名/発表者名: ShigeruYoshida
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 82 ページ: 103012-103012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calibration and Characterization ofthe IceCube Photomultiplier Tube (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara,et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) NIM A 巻: 618 ページ: 139-152
  • 査読あり
• [雑誌論文] First search for extremely highenergy cosmogenic neutrinos with theIceCube Neutrino Observatory (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Abassi, S. Yoshida, K. Mase, A. Ishihara, et.al.
  • 雑誌名: (IceCube Collaboration) Phys. Rev. D 巻: 82 ページ: 72003-72003
  • 査読あり
• [雑誌論文] The first search for extremely-high energy cosmogenic neutrinos with the IceCube Neutrino Observatory (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Abbasi, et al
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 82 ページ: 72003-72003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on Neutrino-Nucleon Interactions at energies of l EeV with the IoeCube Neutrino Observatory (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 82 ページ: 103012-103012
  • 査読あり
• [学会発表] Search for extremely high energycosmogenic neutrinos with the IceCubedetector (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Mase
  • 学会等名: Very High energy Phenomena in the Universe, Recontres de Moriond
  • 発表場所: Italy
  • 年月日: 2013-05-12
• [学会発表] IceCube実験による超高エネルギーニュートリノの検出と宇宙線起源への示唆 (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] Search for extremely high energy cosmogenic neutrinos with the IceCube detector (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Mase
  • 学会等名: Rencontres de Moriond
  • 発表場所: La Thuile, Italy
• [学会発表] Search for Ultra-high energy cosmicneutrinos with the IceCube neutrinoobservatory (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 学会等名: ARENA 2012
  • 発表場所: Erlangen, Germany
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] Ultra-high energy neutrinos with IceCube (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Ishihara
  • 学会等名: International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino 2012)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Search for Ultra-high energy cosmic neutrinos with the IceCube neutrino observatory (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: Acoustic and Radio EeV Neutrino Detection Activities (ARENA 2012)
  • 発表場所: Erlangen, Germaney
  • 招待講演
• [学会発表] Constraints on the origin of the UHECR using IceCube diffuse neutrino limits (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: ICRC 2011
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] Neutrino Astrophysics with IceCube (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: HEAP 2011
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino Astrophysics (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 学会等名: UHECR 2010
  • 発表場所: Nagoya, JAPAN
  • 年月日: 2010-12-12
• [学会発表] Ice Cube完成・高エネルギーニュートリノ天文学の現在と近未来(ICECUBE実験の最新結果) (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田滋
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2010-09-13
• [備考] ・ハドロン宇宙国際研究センターホームページ
  • URL: http://www.icehap.chiba-u.jp/
• [備考] ・一般向けにIceCube実験と本研究成果を解説する講演会、「コズミックカフェ」を2013年3月17日に開催した。
  • URL: http://www.icehap.chiba-u.jp/130317cosmiccafe.html
• [備考] 千葉大学ハドロン宇宙国際研究センター
  • URL: http://www.icehap.chiba-u.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.ppl.phys.chiba-u.jp/~syoshida/